虛擬實驗技術在中學物理建模中的應用研究

李從高

摘要：現階段的教育改革正如火如荼的進行，加強中學的物理教學改革，提高教學的質量和效率，就成為重要的教學發展目標。新的教學技術的應用，成為教學改革推動的重要力量?；诖?，本文主要就中學物理建模中虛擬實驗技術的應用情況，從理論層面進行有效深化，促進物理教學的整體質量水平提高。

關鍵詞：中學物理；虛擬實驗技術；技術應用

0.引言

中學階段的物理教學過程中，學生學習的知識點比較多，其中的實驗教學是比較關鍵的內容，充分注重科學技術的應用，將物理實驗教學中帶有危險性以及難以操作的實驗教學內容，通過虛擬實驗技術的科學應用，就比較有助于學生了解試驗操作的步驟和過程，對提高學生的思維能力就有著積極意義。

1.中學物理實驗教學的現狀及虛擬實驗系統特征

1.1中學物理實驗教學的現狀分析

從當前中學物理實驗教學的現狀能發現，物理實驗自身的形象生動有趣味特點比較突出，對學生在理解物理概念以及得出物理規律有著良好作用。但是在實際的教學過程中，由于受到傳統教學觀念的因素影響，還存在著應試化教學的殘留，只注重學生的考試，而沒有對學生的思維能力以及創新能力等進行培養[1]。中學的一些物理實驗教學的投入力度比較弱，實驗教學中的相應設備儀器比較落后以及不完善，這就直接影響了物理實驗教學的開展，老師在物理實驗教學的環節沒有加強重視，沒有留給學生足夠的實驗時間等。物理實驗教學中也有著諸多難點，實驗操作的準確度把握以及微觀量漲落因素的影響等，這些都對實際的物理實驗教學增加了難度。

1.2中學物理實驗教學中虛擬實驗系統特征

中學物理實驗教學中，隨著教學改革的深化實施，對新的教學技術應用需求也愈來愈大，其中的虛擬實驗系統的應用，就成為提高中學物理實驗教學質量的重要保障力量。虛擬實驗系統的構建和應用也有著鮮明的特征體現，其中靈活性的特點比較突出，在具體的物理實驗操作中，虛擬實驗技術的應用，能有效方便學習者改變實驗條件，從而更加方便的觀察實驗現象變化，能有效的對數據實時對比分析研究[2]。虛擬實驗系統的實踐性特征也比較突出，能幫助學生對物理知識有新的認識，對實驗中的不確定因素加以消除，從而有效提高學生自身的實踐能力。虛擬實驗系統的特征還體現在開放性層面，主要就是虛擬實驗的時間開放以及空間開放等，能有效滿足對學生的學習需求。

2.中學物理虛擬實驗系統規劃和系統應用

2.1中學物理虛擬實驗系統規劃

中學物理虛擬實驗系統的設計規劃是比較重要的，只有通過科學完善的虛擬實驗系統應用，才能促進中學物理的完善建模，所以在前期的規劃工作方面要妥善做好。在任務的分析環節要注意，對各種虛擬儀器外形以及物理特征和功能要明確，對接口建模數據能有詳細的了解，并要畫出樹樁層次結構圖形，這樣就能比較方便建模的時候加以應用。要注重獲得儀器紋理數據以及對實驗用的儀器設備明確，注重實驗的過程和活動動作等，在對任務分析基礎上，進行創建模型。主要是運用建模工具來進行創建虛擬儀器模型，其中有物理建模以及幾何建模，然后統一輸出“wrl”格式[3]。接著就要進行優化模型以及調入紋理和美化修飾的相關操作。

2.2中學物理虛擬實驗技術系統應用

中學的物理虛擬實驗系統的構建過程中，就要充分重視和教學應用相結合，實驗教學當中的通才以及專才相結合，通過虛擬實驗系統的精確性以及先進性作為保障，提高物理實驗教學的整體質量。而虛擬實驗系統的靈活開放也對實際實驗操作打下了質量基礎，通過以互聯網為系統的網絡平臺應用，把系統應用模式延伸以及擴展到異地異步的程度，提高物理實驗的整體質量和效率[4]。物理虛擬實驗的系統構建中，要能夠滿足方便使用的要求，注重模塊化以及層次化的設計思想融入，操作要簡單，價格要低廉，通過交互技術以及建模技術作為核心的技術加以應用。中學物理虛擬實驗技術在物理建模中的應用中，為能讓學生沉浸在物理實驗虛擬環境當中，就要在虛擬儀器的建模操作環節加強重視，主要分成幾個重要部分，進行幾何建模以及物理建模和行為建模程序實現。

中學物理建模中采用虛擬實驗技術進行幾何建模，就可通過三維建模軟件手工繪制三維模型，這一建模方法的應用是比較常見的，也比較符合實際要求。通常是使用的VR工具軟件，當前的CAD建模工具也是比較優秀的建模工具?；蛘呤峭ㄟ^數字化儀器的應用來實現自動建模，通過三維掃描儀器的應用能有效獲得物體表面采樣點三維空間坐標。實施幾何建模的過程中，比較常用的樹狀層次結構圖有著良好的作用，結合對象各部分模塊間結構關系來加以確定樹狀結構圖，這樣就比較有助于提高幾何建模的質量。另外，中學物理建模過程中，在對虛擬實驗技術的應用中，就會涉及到材質以及質量和形狀等改變模式，這些都要能和幾何建模進行有機的結合起來，這樣才能形成逼真的物理模型。通過和動力學系統的結合進行仿真，就能形成良好的物理建模效果。再有就是行為建模，可與部分的實現虛擬現實特征進行有機的結合起來。

對于中學物理建模虛擬實驗系統的結構，主要是通過WEB的B/S模式，服務器端的WEB SERVER是基礎性的模塊，接收客戶端請求和響應返回虛擬實驗場景。瀏覽器端也是虛擬實驗的重要載體，所有的虛擬物理實驗的操作也都是在瀏覽器當中實施的[5]。虛擬實驗系統的過程模型方面，就要按照相應的教學過程開展，通過用戶界面呈現以及實驗情境創設和實驗過程以及總評價等幾個重要部分組成。例如用戶界面呈現主要是通過用戶界面和虛擬實驗交互的，方便物理實驗中學生的學習操作知識的學習。通過虛擬實驗系統的應用，就能大大提高中學物理教學的質量。

3.結語

總而言之，中學物理建模的過程中，運用新型的技術就顯得比較關鍵，虛擬實驗技術的應用是完善和保障中學物理建模質量的重要力量，希望能通過此次的理論研究，能為中學物理建模工作的進一步開展起到一定啟示作用。

參考文獻：

[1]馬鵬程.虛擬實驗在中學物理教學中的應用[J].產業與科技論壇.2016（19）

[2]王智勇.物理虛擬實驗初探[J].現代職業教育.2015（18）

[3]李茂林，李慶紅，張磊，張曉麗.虛擬實作設計在海洋學實作教學中的應用[J].時代教育.2015（12）

[4]汪南方，潘璞，翦育林.多媒體虛擬實驗在《測色與計算機配色》教學中的應用[J].湖南工程學院學報（自然科學版）.2017（04）

[5]汪貴文.中學物理虛擬實驗模式的探索[J].技術物理教學. 2016（02）